JPH04506735A - 周波数ステアリング機能を有する２状態位相検波器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 周波数ステアリング機能を有する２状態位相検波器技術分野 本発明は、一般に位相検波器分野に関し、さらに詳しくは、バイナリ２状態位相 検波器に関する。

背景技術 位相同期ループ（ＰＬＬ）を有する周波数合成器は、電子システムで幅広く利用 されている。特に、通信システムでは、周波数合成器は異なる周波数上で信号を 送受するために必要な回路の小型化の点で有利である。このようなデジタル位相 同期ループは、当技術分野で周知である。デジタルＰＬＬは、分周率を変えるだ けで、基準周波数から複数の周波数を生成するために用いることができる。

周波数合成器システムを検討する際の重要なパラメータは、同期時間（ｌｏｃｋ 　ｔｉｍｅ）である。同期時間とは、ＰＬＬがある周波数から別の周波数に同期 するまでに経過した時間のことである。一般に、ループ帯域幅の広いＰＬＬはど 同期時間が高速である。ＰＬＬの周波数分解能は、別の重要な検討パラメータで あり、整数除数を有する基準周波数によって決まる。例えば、５ｋＨｚ基準周波 数は、各分周ステップごとに５ｋＨｚの周波数分解能を有する。位相同期ループ のループ帯域幅を拡大する１つの方法として、基準周波数を増加する方法がある 。しかし、基準周波数を増加すると、ＰＬＬの分解能は低下する。高分解能を達 成するためには、ループの帰還において分数分周器を利用する。

しかし、分数分周器は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）出力を分周する際に低周波ス プリアスを発生する。これらの低周波スプリアスは、分数分周器内でも低減でき る。しかし、これらの低周波スプリアスの再生を低減するためには、線形伝達特 性を有する位相検波器が必要となる。さらに、分数分周器を用いる一部の用途で は、ＶＣＯの狭い同期範囲およびＰＬＬの動作周波数範囲により、周波数ステア リングが必要になる。

デジタル位相検波器は、デジタル位相同期ループ・システムを内蔵している。デ ジタル位相検波器は、第１基準周波数信号と分周された第２ＶＣＯ信号との間の 位相差によって特徴づけられる出力を与える。２状態位相検波器および３状態位 相検波器がデジタルＰＬＬにおいて広く利用されている。

３状態位相検波器は、第１人力信号と第２人力信号との間の正の位相差、負の位 相差およびゼロ位相差に相当する３つの状態を有する出力を与える。従って、３ 状態位相検波器は周波数ステアリングを行なう。しかし、３状態位相検波器は、 位相差検出範囲内でゼ・要な線形性を与えない。

２状態位相検波器は、第１人力信号と第２人力信号との間の位相差によって特徴 づけられるデユーティ・サイクルを有する出力を与える。第１および第２人力信 号の周波数が等しく、かつ１８０度位相がずれている場合、出力では５０％のデ ユーティ・サイクルとなる。実際には、位相検波器の出力のデユーティ・サイク ルは、電流のような物理的パラメータに変換することができる。一般に、２状態 位相検波器は、３６０度の位相差検出範囲内で線形動作を行なう。このことは、 第１図のグラフ１００’かられかる。

グラフ１００’の横軸は第１人力信号と第２人力信号との間の位相差を表し、縦 軸は電流として表される位相検波器の出力である。０度の位相差は−Ｉの有限電 流として表すことができ、３６０度の位相差は十Ｉの有限電流として表すことが できる。従って、１８０度の位相差はゼロ電流となる。これかられかるように、 位相検波器の出力は０度から３６０度まで線形的に動作し、１８０度においてゼ ロ点を交差する。２状態検波器の主な欠点は、周波数を正しい方向にステアリン グすることができないことである。このことは、位相差が３６０度を越える場合 に、点Ａから点Ｂに移動する位相差を考えるとわかる。この状態では、位相検波 器出力は非線形動作を行ない、出力の符号を反転し、それにより周波数を反対方 向にステアリングする。従って、位相検波器は入力信号の１つに対してフル・サ イクルの検出をスキップするので、「サイクル・スキップ」が生じる。

故に、周波数ステアリング機能を有する線形位相検波器を提供することが望まし い。

発明の概要 従って、本発明の目的は周波数ステアリング機能を有する２状態位相検波器を提 供することである。

本発明に従って、第１人力信号と第２人力償号との間の位相差を検出し、それに 対応する出力を与える位相検波器が提供される。

本発明の位相検波器は、拵１人力信号と第２人力信号との間の位相差を検出し、 それに対応する出力を与える１１および第２の２状態検波器から成る。各２状態 位相検波器は所定の位相差検出範囲を有し、その範囲内で線形応答を行なうこと ができる。第１の２状態位相検波器は、拵１人力信号と第２人力信号との間の位 相差を検出し、第１の２状態位相検波器の所定の位相検波範囲を上回るときを示 す第１指示手段を有する。＃Ｉ２の位相検波器は、婢２人力信号と第１人力信号 の反転との間の位相差を比較し、第２の２状態位相検波器の所定の位相検波範囲 を上回るときを示す第２指示手段を有する。本発明の位相検波器は、第１および 第２指示手段に応答して第１位相検波器の出力を選択し、１２位相検波器の所定 の範囲を上回る場合に、第１の２状態検波器の出力を選択し、かつ第１位相検波 器の所定の範囲を上回る場合に、第２の２状態位相検波器の出力を選択する選択 手段を有する。

図面の簡単な説明 第１図は、周波数ステアリング機能を有していない従来の２状態位相検波器の伝 達特性のグラフである。

第２図は、本発明の位相検波器に用いられる２状態位相検波器の概略図である。

第３図は、本発明による位相検波器の概略図である。

第４図は、１８０度位相差の出力有する２状態位相検波器の伝達特性のグラフで ある。

好適な実施例の詳細な説明 第２図において、好適な２状態位相検波器１００の概略図を示す。位相検波器１ ００は従来の２状態位相検波器であり、サイクル・スキップ・インジケータを有 する。位相検波器１００の動作の簡単な説明を以下で行なう。

基本的に、位相検波器１００は２つの部分、すなわち位相検波部７０とサイクル ・スキップ・インジケータ部８０とによって構成される。位相検波部７０はＤフ リップ７０ツブ１０．２０から成り、サイクル・スキップ・インジケータ部８０ はＤフリップフロップ３０．４０がら成る。本発明の好適な実施例では、フリッ プフロップ１０，２０゜３０．４０はエツジ°トリガ型（ｅｄｇｅ　＋ｒｉｇｇ ｅｒｅｄ）フリップ７０ツブであり、クロック（ＣＬＫ）入力の立ち上がりエツ ジの遷移に応答する。好適な実施例における高論理または低論理は、高論理とし て＋５Ｖ、低論理としてｏｖとすることができる他、任意の適切なｔ圧を選択し てもよい。

リセット　（Ｒ）入力における高論理は、フリップフロップのＱ出力において低 論理を与え、ＱＸ出力において高論理を与える。第１デジタル信号１５はＰＬＬ 回路の基準周波数信号であり、この信号は端子１２において受け取られ、フリッ プフロップ１０．３０のクロック入力に印加される。

第２デジタル信号２５は分周されたＶＣＯ信号であり、この信号は端子２２のお いて受け取られ、フリップフロップ２０．４０のクロック人力に印加される。フ リップフロップ１０．２０のＤ入力は、高論理に結合される。

位相検波部７０の動作は、第１入力信号１５の立ち上がりエツジと第２入力信号 ２５の立ち上がりエツジとの間の位相差が３６０度以下であり、かつ第１信号１ ５の立ち上がりエツジが第２信号２５の立ち上がりエツジよりも先に生じる場合 を想定することにより最も良く理解できる。この状態では、第２信号２５は、第 １信号１５の１サイクル内では１つの立ち上がりエツジしかない。この場合、第 １信号１５の立ち上がりエツジは、フリップフロップ１０のＱ出力６０を高論理 にする。フリップフロップ１０のＱＸ出力は、フリップフロップ２０のリセット 入力に低論理を与える。第２信号２５の立ち上がりエツジが生じると、フリップ フロップ２０のＱ出力上の高論理はフリップフロップ１０をリセットし、出力６ ０を低論理にする。従って、端子６２にある出力６０のデユーティ・サイクルは 、第１信号と第２信号との間の位相差に比例する。さらに、７リノブフロノプ１ ０のＱＸ出力上の高論理はフリップ７０ノブ２０をリセットし、このフリップフ ロップのＱ出力を低論理にする。フリップフロップ２０のＱ出力上の低論理は、 フリップフロップ１０が第１信号１５の次の立ち上がりエツジに応答することを 可能にする。この構成により、位相検波部７０は立ち上がりエツジ遷移に対して 応答でき、第１入力信号１５および第２入力信号２５のパルス輻によって影響さ れなくなる。

サイクル・スキップ・インジケータ部８０は、端子５２においてサイクル・スキ ップ・インジケータ出力５５を与える。サイクル・スキップは、第１信号と第２ 信号との間の位相差が３６０度を上回る場合に生じる。この状態において、第２ 信号２５の立ち上がりエツジ遷移が第１信号１５の１サイクル内に生じない場合 、高論理がサイクル・スキップ出力５５に与えられる。さらに、第１入力信号１ ５の１サイクル内に第２入力信号２５の２つ以上の立ち上がり工７ジ遷移が発生 すると、サイクル・スキップ　インジケータ出力５５に高論理が与えられる。サ イクル・スキップ・インジケータ部８０の動作は、任意の時間において第２入力 信号の立ち上がりエツジが第１入力信号の立ち上がりエツジよりも先に生じ、か つ第１入力信号の２つの連続した立ち上がリエソジが第２入力信号の１サイクル 中に生じる場合を想定することにより最も良く理解できる。第２入力信号２５の 立ち上がりエツジは、フリップフロップ３０のＤ入力に低論理を与える。入力信 号１５の第１立ち上がりエツジは、フリップフロップ３０のＱＸ出力に高論理を 与え、そのＤ入力に高論理を与える。入力信号２５の立ち上がりエツジはまだ生 じていないので、高論理はフリップフロップ３０の０人力で１持される。従って 、ＩＩＥ１入力信号の第２立ち上がりエツジが生じると、フリップフロップ３０ のＱＸ出力は低論理になる。ＮＡＮＤゲート５０の入力における低論理は、サイ クル・スキップ・インジケータ出力５５に高論理を与える。そのため、フリップ フロップ３０は、第２入力信号の１サイクル内で第１入力信号の２つ以上の連続 した立ち上がりエツジを検出し、端子５２に高論理を与える。

同様に、フリップ７０ツブ４０は第１入力信号の１サイクル内で第２入力信号の ２つ以上の連続した立ち上がりエツジの発生を検出する。その結果、サイクル・ スキップが位相検波器１００によって検出されると、サイクル・スキップ・イン ジケータ出力５５に高論理が与えられる。リセノド信号３５は、サイクル・スキ ップ出力５５をリセットするため与えられる。端子３２に印加されるリセット信 号３５の高論理は、ＮＡＮＤゲート５０の入力に高論理を与。

え、それにより端子５２において低論理を発生する。位相検波器の位相差／出力 特訓は、第１図のグラフｉｏｏ’　を参照することにより理解される。出力は、 ゼロ位相差の場合に有限値−■をとり、かつ３６０度位相差の場合に線形に変化 して有限値＋Ｉをとるように示されている。位相差が３６０度の位相検波範囲を 上回るとくサイクル・スキップを検出すると）、出力は非線形になり、符号を反 転する。

第３図において１本発明の好適な実施例による位相検波器５００を示す。位相検 波器５００は、第１人力信号１７５と第２人力信号２７５との間の位相差に比例 する位相検波出力信号５５０を与える。位相検波器５００は、第１の２状態位相 検波器２００と第２位相検波器３００とから成り、各位相検波器は第２図の位相 検波器と同一である。従って、第１の２状態位相検波器２００と箒２の２状態位 相検波器３００とは、第１位相検波手段と第２位相検波手段とをそれぞれ構成す る。２状態位相検波器２００は、端子２３０において第１人力信号１７５を受け 取り、端子２２０において第２人力信号２７５を受け取り、そして１１位相差信 号２５０を与える。反転手段を構成するインバータ１１０は、第１人力信号１７ ５を受け取り、第１人力信号１７５の反転］８を与える。２状態位相検波器３０ ０は第２人力信号２７５と、第１人力信号１７５の反転１８とを受け取り、第２ 位相差信号３５０を与える。本発明の好適な実施例では、第１人力信号は５０％ デユーティ・サイクルを有するデジタル信号である。従って、デユーティ・サイ クル条件と反転された第１人力信号との組合せは、１８０度位相がずれた第１お よび第２位相ニラ−信号を与える。

さらに、第１の２状態位相検波器２００におけるサイクル・スキップは、第１サ イクル・スキップ・インジケータ信号２４０に対して高論理を発生する。２状態 位相検波器３００におけるサイクル・スキップは、第２サイクル・スキップ・イ ンジケータ信号３４０に対して高論理を発生する。

ＲＳフリップフロップ４００は、そのＳおよびＲ入力において第１および第２サ イクル・スキップ・インジケータ信号２４０，３４０をそれぞれ受け取る。

第４図において、２つの特性２００’　、３００“は２状態位相検波器２００， ３００の位相差／出力の関係をそれぞれ示している。特性２００°は第１図の特 性１００゛　と同様であり、サイクル・スキップは線形位相検波範囲外で検出さ れており、出力の符号は変化している。特ｆ１３００　’は、同様な特性を示し ているが、１８０度位相がずれており、この位相のずれは２状態位相検波器３０ ０によって与えられる。位相検波器の一方からサイクル・スキップを検出するこ ゑにより、他方の位相検波器の出力は選択可能になる。そのため、出力の符号は 正しい横着に維持される。

従って、周波数ステアリングの正しい方向が実現される。

第３図において、位相検波器５００の動作は、第１人力信号１７５と第２人力信 号２７５との間の位相差が、サイクル・スキップが生じないような位相差（すな わち、位相差が３６０度以内）であり、かつ２状態位相検波器２００の出力２５ ０が選択され、位相検波器出力５２０に送られる場合を想定することにより最も 良く理解できる。この状態では、信号２４０．３４０は低論理であり、フリップ ７０ツブ４００のＱ出力はＮＯＲゲート１２０をアクティブにし、ＮＯＲゲート １３０を介して位相検波器出力５２０において第２位相検波信号２５０を与えさ せる。フリップフロップ４００のＱＸ出力における高論理は、第２サイクル・ス キップ・インジケータ信号３４０を非アクティブにする。従って、ＮＯＲゲート １４０も非アクティブになり、ＮＯＲゲート１３０の入力に低論理を与える。位 相検波器２００によってサイクル・スキップが検出されると、フリップフロップ ４００のＳ入力における高論理は、フリ・ノブフロップ４００のＱ出力を高論理 にす゛る。フリップフロップ４００のＱ出力における高論理はＮＯＲゲート１２ ０を非アクティブにし、位相検波器２００のリセット端子２６０に高論理を与え る。リセット端子２６０における高論理は、第１位相検波器２００がサイクル・ スキップを検出するのを防ぐ。フリップフロップ４００のＱＸ出力における低論 理はＮＯＲゲート１４０をアクティブにし、それにより第２位相検波器出力３５ ０が位相検波器出力５２０に現われることを可能にする。第２位相検波器３００ のリセット端子３６０におけるフリップフロップ４００のＱＸ出力の低論理は、 フリップフロップ４００のＲ入力に低論理を与え、第２位相検波器３００がサイ クル・スキ・ノブを検出することを可能にする。第１位相検波器２００のリセッ ト端子２６０における高論理は、サイクル・スキ・ノブが位相検波器３００によ って検出されるまで、高論理に維持される。第２位相検波器３００によってサイ クル・スキップが検出されると、フリップフロップ４００のＲ入力は高論理にな り、フリップフロップ４００のＱ出力に低論理を与える。フリップフロップ４０ ０のＱ出力における低論理は、第１位相検波器出力２５０が位相検波器出力５２ ０に現われることを可能にする。リセット端子２６０に与えられる低論理は、位 相検波器２００がサイクル・スキ・ノブを検出することを再度可能にする。従っ て、フリ・７プフロ・ノブ４００およびＮＯＲゲート１２０，１３０，１４０は 、第１位相検波器出力２５０と第２位相検波器出力３５０に対する選択手段を構 成する。

故に、位相検波器５００は周波数ステアリング機能を有する２状態位相検波器を 提供する。この機能は、サイクルスキップを検出し、かつ互いに補数である２つ の位相差信号の１つを与えることにより実現される。

ＦＲλＩ ＦＩＧ、４ ＦＩｏ、２ 国際調査報告

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．第１入力信号と第２入力信号との間の位相差を検出する位相検波器であって ： 第１の所定の位相検波範囲を有し、第１入力信号と第２入力信号との間の位相差 を検出して、第１位相差信号を与える第１位相検波手段であって、前記第１の所 定の位相検波範囲を越えるときを示す第１指示手段を有する第１位相検波手段； 前記第１入力信号を反転して、前記第１入力信号の反転信号を与える反転手段； 第２の所定の位相検波範囲を有し、前記第２入力信号と前記第１入力信号の前記 反転信号との間の位相差を検出して、第２位相差信号を与える第２位相検波手段 であって、前記第２の所定の位相検波範囲を越えるときを示す第２指示手段から 成る第２位相検波手段； 前記第１および第２位相検波手段に結合される選択手段であって、前記第１およ び第２位相差信号を受け取り、かつ前記第１および第２指示手段に応答して、前 記第２の所定の位相検波範囲を越える場合に前記第１位相差信号を選択し、前記 第１の所定の位相検波範囲を越える場合に前記第２位相差信号を選択する選択手 ； によって構成されることを特徴とする位相検波器。
2. ２．前記第１入力信号および前記第２入力信号がバイナリ信号であることを特徴 とする請求項１記載の位相検波器。
3. ３．前記第１入力信号が実質的に５０％デューティ・サイクルを有することを特 徴とする請求項２記載の位相検波器。
4. ４．前記第１入力信号を反転する前記反転手段がバイナリ・インバータであるこ とを特徴とする請求項２記載の位相検波器。
5. ５．前記第１および第２位相検波手段がエッジ・トリガ型であることを特徴とす る請求項２記載の位相検波器。
6. ６．前記所定の第１および第２範囲が実質的に３６０度であることを特徴とする 請求項１記載の位相検波器。